Повітронагрівач доменної печі

1. Повітронагрівач доменної печі, що містить кожух 16, футерівку 17, камеру згоряння 2, повітропроводи гарячого та холодного дуття, димові та перепускні клапани, димовий лежак 7 та димову трубу 8, піднасадковий пристрій 5 та насадку 4, насадкові блоки 18 якої містять вертикальні канали 19, півканали та чвертьканали однакового радіуса, причому усі вказані канали розміщені в насадковому блоці на певних відстанях один від одного, при цьому блоки 18 укладені в перев'язку у вигляді поясів та мають фіксуючі виступи у нижній частині, що входять у заглиблення у верхній частині блоків наступного ряду насадки, який відрізняється тим, що вертикальні канали 19 забезпечені горизонтальними 20 півканалами, що розміщені на верхній та нижній поверхнях кожного насадкового блока 18, та розташовані відносно один одного відповідно до взаємозв'язку відстані s (товщини стінки) між вертикальними каналами 19 і їх діаметром dв.к. , Корисна модель стосується чорної металургії, зокрема повітронагрівачів доменних печей та може бути застосована у кольоровій та хімічній промисловості. Відомий повітронагрівач доменної печі, насадка якого складається з поясів вогнетривких блоків, виконаних у вигляді тіла, обмеженого двома паралельними одна одній поверхнями та декількома перпендикулярними їм бічними поверхнями, що містить фіксуючі виступи й западини, розташовані на паралельних одна одній поверхнях, та має декілька наскрізних вертикальних і горизонтальних каналів, що розташовані між поясами насадки (див. А. С. СРСР № 580226, МПК С21В 9/04, опуб. Бюл. №42 від 15.11.1977р.). Недоліками аналога є відносно недостатня тепловіддача між насадковим блоком та димовими газами і дуттям відповідно у періоди нагріву та що описується виразом s  1449 dв.к.  0,0367мм , , при цьому діаметр горизонтальних 20 півканалів dг.к. складає (0,35  0б65) dк.в , діаметра вертика (13) 61273 (11) (19) UA лів знаходиться у межах dв.к.  10  25 , при цьому s - відстань між циліндровими поверхнями сусідніх вертикальних каналів, зміряна по лінії, що сполучає центри їх поперечних перерізів. 2. Повітронагрівач доменної печі за п. 1, який відрізняється тим, що на димовому лежаку перед димовою трубою встановлено димосос 9, всос якого підключено до загального димового лежака перед димовою трубою, а вихлоп - до низу димової труби, причому між всосом та вихлопом димососа підключено регулюючо-відсічний клапан 10. 3. Повітронагрівач доменної печі за п. 1, який відрізняється тим, що насадкові блоки виконано у вигляді шестикутної прямої правильної призми, що має не менше за сім наскрізних вертикальних циліндричних каналів однакового радіуса, паралельних бічним поверхням, та не менше за шість вертикальних півканалів, розташованих на бічних поверхнях однакового із іншими вертикальними каналами радіуса, також паралельних бічним поверхням, та не менше за шість вертикальних чвертьканалів, розташованих по кутах шестикутної прямої призми, а також не менше як по дванадцять горизонтальних півканалів, розташованих на верхній та нижній горизонтальних поверхнях. U льних каналів dв.к. , a діаметр вертикальних кана 3 дуття, а також відносно невелика питома поверхня нагріву. В описі винаходу по цьому авторському свідоцтву не вказані співвідношення розмірів внутрішніх конфігурацій блоків насадки, які, як установлено авторами, впливають на параметри теплообміну насадки. Тому недоліком аналога є також неоптимальність параметрів теплообміну насадки. Крім того, з часом експлуатації у вертикальних каналах появляються пробки від оплавлення пилу повітря та доменного газу, відколів вогнетривів та ін., які закупорюють вертикальні канали на всю висоту. Відомий повітронагрівач доменної печі типу «Дідье - Верке», що містить кожух, футерівку, камеру згоряння, повітропроводи гарячого та холодного дуття, димові та перепускні клапани, димовий лежак і димар, піднасадковий простір і двох'ярусну насадку з блоків, що мають форму правильного шестикутника, з 12 вертикальними каналами, що мають однакову товщину стінки між каналами (див. Шкляр Ф.Р., Малкин В.М., Каштанова С.П. та ін. Доменні повітронагрівачі., М.: Металургія, 1982 p., стор. 26.). Суттєвими ознаками прототипу, співпадаючими з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є кожух, футерівка, камера згоряння, повітропроводи гарячого та холодного дуття, димові та перепускні клапани, димовий лежак та димова труба, піднасадковий пристрій та насадка, насадкові блоки якої містять вертикальні канали, півканали та чвертьканали однакового радіуса, причому усі вказані канали розміщенів насадковому блоці на певних відстанях один від одного, при цьому блоки укладені в перев'язку у вигляді поясів та мають фіксуючі виступи у нижній частині, що входять у заглиблення у верхній частині блоків наступного ряду насадки. Недоліками прототипу є відносно недостатня тепловіддача між насадковим блоком та димовими газами і дуттям відповідно у періоди нагріву та дуття, а також відносно невелика питома поверхня нагріву тому, що конструкція насадкового блока не є найкращою для отримання оптимальних параметрів теплообміну насадки, що складається з блоків, діаметр вертикальних каналів яких складає dв.к.  10  25 мм , а також те, що не враховується вплив відстані між каналами на теплообмін у насадці. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити повітронагрівач доменної печі шляхом підвищення ефективності теплообміну у насадковому блоку насадки за рахунок оснащення вертикальних каналів горизонтальними півканалами та за рахунок реалізації в ньому виявленого авторами оптимального взаємозв'язку відстані між вертикальними каналами та їх діаметром, а також за рахунок реалізації оптимального взаємозв'язку між діаметрами вертикальних та горизонтальних півканалів, що дозволяє підвищити ефективність теплообміну насадки повітронагрівача в цілому. Крім того, це забезпечує досягнення оптимального співвідношення між масою блока насадки і площею поверхні каналів блока насадки, і, таким чином дозволяє збільшити потужність повітронагрівача та температуру гарячого дуття, що забез 61273 4 печує можливість спорудження повітронагрівача з меншою масою насадки та зі зменшеними габаритами, що підвищує екологічність спорудження повітронагрівачів. Поставлена задача вирішується тим, що у повітронагрівачі доменної печі, що містить кожух 16, футерівку 17, камеру згоряння 2, повітропроводи гарячого та холодного дуття, димові та перепускні клапани, димовий лежак 7 та димову трубу 8, піднасадковий пристрій 5 та насадку 4, насадкові блоки 18 якої містять вертикальні канали 19, півканали 22 та чвертьканали 23 однакового радіуса, причому усі вказані канали розміщені в насадковому блоці на певних відстанях один від одного, при цьому блоки 18 укладені в перев'язку у вигляді поясів та мають фіксуючі виступи у нижній частині, що входять у заглиблення у верхній частині блоків наступного ряду насадки, згідно з корисною моделлю, вертикальні канали 19 забезпечені горизонтальними 20 півканалами, що розміщені на верхній та нижній поверхнях кожного насадкового блока 18, та розташовані відносно один одного відповідно до взаємозв'язку відстані s (товщини стінки) між вертикальними каналами 19 і їх діаметром що описується виразом dв.к. , s  1449dв.к  0,0367мм , при цьому діаметр гори, зонтальних 20 півканалів dв.к. складає (0,35  0,65) dв.к. , діаметра вертикальних каналів dв.к. , a діаметр вертикальних каналів знаходиться у межах dв.к.  10  25 мм , при цьому s - відстань між циліндровими поверхнями сусідніх вертикальних каналів, зміряна по лінії, що сполучає центри їх поперечних перерізів. Крім того на димовому лежаку 7 перед димовою трубою 8 встановлено димосос 9, всос якого підключено до загального димового лежака 7 перед димовою трубою, а вихлоп - до низу димової труби, причому між всосом та вихлопом димососа підключено регулюючо-відсічний клапан 10, а насадкові блоки 18 виконано у вигляді шестикутної прямої правильної призми, що має не менше за сім наскрізних вертикальних циліндричних каналів однакового радіуса, паралельних бічним поверхням, та не менше за шість вертикальних півканалів, розташованих на бічних поверхнях однакового із іншими вертикальними каналами радіуса, також паралельних бічним поверхням, та не менше за шість вертикальних чвертьканалів, розташованих по кутах шестикутної прямої призми, а також не менше як по дванадцять горизонтальних півканалів, розташованих на верхній та нижній горизонтальних поверхнях. Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Використання у конструкції блока насадки заявленого співвідношення, а саме, s  1449 , dв.к  0,0367мм , якщо dв.к знаходиться у межах 10  25 мм , при цьому діаметр горизонтального каналу dг.к складає 0,35  0,65 діаметра вертика 5 льного каналу dв.к , забезпечує досягнення оптимального співвідношення між масою блока насадки і площею поверхні каналів блока насадки, при цьому питома поверхня складає 78  56 м2 / м2 . Вказані співвідношення отримано по даних теплотехнічного дослідження на фізичній моделі насадки, а також із застосуванням на ПЕОМ математичної моделі теплової роботи повітронагрівача з вказаною насадкою і забезпечують досягнення оптимального співвідношення між масою блока насадки і площею поверхні каналів блока насадки, яка стикається з газами, підвищення питомої поверхні нагрівання цього блока насадки та ефективності теплообміну. Оснащення повітронагрівача доменної печі насадкою, що містить насадкові блоки з малими розмірами діаметрів вертикальних каналів, а саме, діаметр вертикальних каналів знаходиться у межах dв.к.  10  25 мм , забезпечує її високою питомою поверхнею нагріву, що знаходиться у межах 2 3 від 78 до 56 м /м . Значення dв.к має бути у межах 10  25 мм тому, що при менших за 10 мм значеннях dв.к неприпустимо зростає опір проходженню газів у насадці та при будівництві повітронагрівача та його подальшій експлуатації важко уникнути впливу наслідків деформації каналів насадки від крипу (повзучості), а при більших за 25 мм значеннях цього діаметра відчутно збільшується матеріалоємність насадки і, загалом, повітронагрівача. Наявність горизонтальних півканалів на верхній та нижній поверхнях насадкових блоків дозволяє також при засміченні якого-небудь вертикального каналу на деякій ділянці «живити» його димовими газами (або дуттьовим повітрям) за допомогою горизонтальних каналів з сусідніх (суміжних) вертикальних каналів. Забезпечення насадкового блока горизонтальними півканалами, виконаними на верхній та нижній горизонтальних поверхнях кожного насадкового блока, що утворюють горизонтальні канали, які з'єднують вертикальні канали блока один з одним, при цьому діаметр горизонтальних 20 півканалів dг.к складає (0,35  0,65)dв.к , діаметра вертикальних каналів дозволяє отримати підвищення поверхні нагріву, крім того за рахунок руху газів по горизонтальних каналах зменшується нерівномірність температурного поля у горизонтальному перерізі насадки, підвищується температура гарячого дуття. При цьому, якщо діаметр горизонтального півканалу dг.к  0,35 dв.к , то вихорі газу, що утворюються у горизонтальному каналі, складеному з двох півканалів, недостатньо інтенсифікують конвективний теплообмін у вертикальному каналі, а якщо ж dг.к  0,65 dв.к , то це значно послабить вертикальний переріз блока насадки та суттєво знизить його стійкість. Наявність регулюючо-відсічного клапана 10 та димососа 9 дозволяє підвищити «тягу» при старінні насадки повітронагрівачів та збільшити їх між 61273 6 ремонтний період. За допомогою регулюючовідсічного клапана 10 ліквідують таке становище, коли виникає «коротке замикання» між всосом та вихлопом димососа (коли дим циркулює по колу). Крім того, димосос дозволяє підвищити теплову потужність опалення при застосуванні насадок з діаметром вертикальних каналів dв.к  10  14 мм , що мають малий «живий переріз», і більше засмічуються. Завдяки малим розмірам вертикальних каналів насадки, високій питомій поверхні нагріву, наявності у вертикальних каналах горизонтальних півканалів та використанню оптимального співвідношення параметрів насадкового блока скорочується об'єм (маса) насадки і матеріалоємність повітронагрівача в цілому. Таким чином забезпечується можливість спорудження повітронагрівача з меншою масою насадки та зі зменшеними габаритами, що також підвищує екологічність спорудження повітронагрівачів. На фіг. 1 схематично представлено повітронагрівач доменної печі, на фіг. 2 - насадковий блок, на фіг. 3 - блок повітронагрівачів. Повітронагрівач доменної печі містить (фіг. 1) кожух 16, футерівку 17, піднасадковий 5 пристрій, насадку 4, камеру згоряння 2, повітропроводи гарячого та холодного дуття, димові та перепускні клапани, загальний димовий лежак 7 та димову трубу 8. Насадка 4 містить блоки 18 (фіг. 2) з вертикальними 19 та горизонтальними 20 півканалами, що розміщені на верхній та нижній поверхнях кожного насадкового блока 18, якими оснащений кожний вертикальний канал 19, а блоки 18 укладені у вигляді поясів, та мають фіксуючі виступи у нижній частині, що входять у заглиблення у верхній частині блоків наступного ряду насадки і включають перевозку блоків. Вертикальні канали 19 розташовані відносно один одного відповідно до взаємозв'язку відстані s (товщини стінки) між вертикальними каналами 19 і їх діаметром dв.к , що описується виразом s  1449 dв.к  0,0367мм , при , цьому діаметр горизонтального 20 півканалу dг.к складає 0,35 - 0,65 діаметра вертикального каналу dв.к , а діаметр вертикального каналу знаходиться у діапазоні dв.к.  10  25 мм . Крім того, на димовому лежаку встановлено димосос 9, всос якого підключено до загального димового лежака перед димовою трубою, а вихлоп - до низу димової труби, причому між всосом та вихлопом димососа підключено регулюючо-відсічний клапан 10. Горизонтальні півканали 20, виконані на верхній та нижній поверхнях кожного блоку 18, з'єднують після складання рядів насадки вертикальні 19 канали з ближніми до них вертикальними каналами, при чому кожний горизонтальний канал при зборі насадки утворюється з двох півканалів, один з яких розташовано на верхній поверхні, а другий на нижній поверхні двох сусідніх блоків з верхнього та нижнього суміжних горизонтів насадки. Навіть вертикальні канали, які розташовані в замках, оснащені горизонтальними півканалами. Горизон 7 тальними півканалами оснащуються усі вертикальні канали, де розташування горизонтальних півканалів на поверхні насадкових блоків не заважає надійному проведенню технологічного процесу їх виготовлення. Згідно з корисною моделлю, що заявляється, у конструкції насадкового блока 18, представленого на фіг. 2 як приклад конкретної реалізації взаємозв'язку відстані s між вертикальними каналами 19 та їх діаметром s  1449 dв.к  0,0367мм , насад, ковий блок 18 у вигляді прямої правильної шестикутної призми містить 7 крізних вертикальних каналів, 6 півканалів та 6 чвертьканалів, діаметр кожного вертикального каналу дорівнює 10 мм, при цьому dг.к  3,5  6,5 мм . Усі вертикальні канали 19 розташовані на однаковій один від одного відстані s, яка дорівнює 14,53 мм. При цьому насадковий блок 18 у вигляді прямої правильної шестикутної призми при висоті 80-160 мм, має розраховане значення питомої поверхні нагріву, яка 2 3 дорівнює 78 м /м . Повітронагрівач доменної печі працює наступним чином. Гарячі димові гази з пальника 1 (фіг. 1) проходять через камеру згоряння 2, повертають під куполом 3 у насадку 4, насадкові блоки якої мають вертикальні канали 19, півканали та чвертьканали та горизонтальні 20 півканали, попадають у піднасадковий простір 5 і далі через штуцер 6 у лежак 7 і далі у димову трубу 8 (фіг. 3), при цьому шибер 10 відкрито (для насадок з вертикальними каналами 15  25 мм ), а якщо у повітронагрівачі насадка 4 виконана з вертикальними каналами 10  14 мм , то димові гази відводять за допомогою 61273 8 димососа 9 при закритому шибері 10 (фіг. 3). У період дуття холодне дуття підводять у піднасадковий простір 5 через патрубок 11 (шибер 12 відкрито, а шибер 13 закрито). Далі дуття проходить насадку 4, повертає під куполом 3 у камеру згоряння 2 і через відкритий шибер 14 та штуцер 15 гарячого дуття йде у тракт гарячого дуття і доменну піч. У період нагріву насадки гарячі димові гази проходять через вертикальні 19 суцільні канали, та вертикальні канали, складені з півканалів та чвертьканалів згори донизу й горизонтальні канали, що утворені суміжними горизонтальними 20 півканалами блоків 18 насадки 4, нагрівають їх, а у період охолодження дуття, яке йде знизу вгору та нагрівається, насадкові блоки 18 охолоджуються. Якщо один з вертикальних каналів будь якого блока 18 буде зашлаковано, то завдяки горизонтальним 20 півканалам роботу насадкового блока буде продовжено. Використання корисної моделі, що заявляється, забезпечує можливість спорудження повітронагрівачів, маса та габарити яких на 25 50 відсотків менші, ніж при використанні повітронагрівачів з насадкою, діаметр вертикальних каналів якої складає 30 мм. Крім того, це забезпечує досягнення оптимального співвідношення між масою блока насадки і площею поверхні каналів блока насадки, і, таким чином дозволяє збільшити потужність повітронагрівача та температуру гарячого дуття, забезпечується можливість спорудження повітронагрівача з меншою масою насадки та зі зменшеними габаритами, що підвищує також екологічність спорудження повітронагрівачів. 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 61273 Підписне 10 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601